采空区下铁路隧道安全岩柱稳定性分析

依据岩土工程学理论,确定了隧道安全岩柱的影响因素,分析了隧道(巷道)开挖围岩二次应力场分布规律、采空区承压水对隧道安全防水岩柱的影响机理及采空区工作面矿压显现规律、得出了隧道安全岩柱稳定性的评价计算方法。研究成果对采空区下铁路隧道的安全稳定性分析具有指导现实意义。     

隧道揭煤区域预测最小超前距研究及应用

当公路隧道在掘进过程中穿越煤系地层时,将会面临煤与瓦斯突出的风险。确保隧道安全生产,提前准确测定煤层突出参数是关键。隧道在大断面开挖应力扰动情况下,研究分析隧道揭煤区域预测最小超前距、确保隧道安全施工,具有重要的意义。以宝鼎2号隧道工程为例,采用理论分析和数值模拟的方式,对隧道开挖时应力分布规律进行研究分析,得出煤岩应力场分布特征,并推导出宝鼎2号隧道揭煤区域预测最小超前距为14 m。对宝鼎2号隧道ZK15+895 m煤层进行现场预测应用,测得煤层原始应力区瓦斯含量远大于煤层应力扰动区内瓦斯含量,说明在煤层原始应力区内测定的瓦斯参数指标更能真实、准确地反映本煤层突出危险性。     

隧道揭煤区域预测钻孔控制范围研究及应用

隧道穿越煤系地层时,将面临煤与瓦斯突出危险。准确测定煤层突出参数是确保隧道安全、经济生产的重要因素。在隧道大断面开挖应力扰动情况下,研究分析揭煤区域预测钻孔控制范围,确保隧道安全施工具有重要的意义。以宝鼎2号隧道为工程实例,运用理论分析、数值模拟的方法对隧道大断面开挖过程中前方垂距10 m的煤层应力变化规律进行研究,得出煤岩应力场分布特征。推导出隧道揭煤区域预测钻孔竖直方向控制范围距隧道上轮廓线应至少为12 m,距下轮廓线应至少为8 m;水平方向控制范围距左、右轮廓线均应至少为8.5 m。同时,通过对K15+836煤层现场应用,测得原始应力区瓦斯含量远大于应力扰动区,说明原始应力区瓦斯参数指标才能真实准确反映煤层突出危险性。     

隧道大断面揭煤突出危险性预测指标研究

公路隧道穿越煤系地层时,如何快速准确测定煤层突出危险性是保障隧道安全施工的前提,其中煤层突出危险性预测指标的选取是关键。以华蓥山隧道K6煤层为工程实例,隧道在大断面开挖应力扰动及放炮震动情况下,采用理论分析、现场测试及实验室数据分析的方式,对煤层瓦斯含量和瓦斯压力进行了对比分析,确定了瓦斯含量比瓦斯压力更具有敏感性,选取瓦斯含量作为突出预测指标更加准确、合理。为下一步隧道内同一组煤层的揭煤防突提供了理论指导。     

近距离煤层煤巷掘进底板防突岩柱厚度数值分析

以平煤股份五矿己-1532020掘进工作面为研究对象,针对该掘进工作面处于近距离煤层上保护层内、掘进巷道底板与被保护层的间距过小、掘进过程中可能发生下部突出煤层冲破底板岩柱而导致煤与瓦斯突出的情况,运用FLAC3D对底板防突岩柱厚度进行模拟研究,结果表明,在围岩均质完整情况下,煤巷掘进的最小预留防突岩柱厚度不应小于2.5 m,结合现场实际,安全岩柱厚度应不小于3 m.     

瓦斯含量在突出过程中的作用分析

为了研究瓦斯含量在煤与瓦斯突出过程中的作用,采用能量法分析煤与瓦斯突出过程中的能量关系、掘进进尺为L时煤体的应力条件与弹性变形潜能和煤层瓦斯积聚内能的释放功,研究了煤与瓦斯突出时的抛出功、破碎功和瓦斯突出的动能,得到了煤与瓦斯突出的能量条件。并以贵州化处煤矿二采区突出为例,对煤与瓦斯突出的能量条件进行分析。研究结果表明:煤与瓦斯突出的能量来源为瓦斯内能,瓦斯内能做功比弹性潜能做功大。煤层的地应力越大,坚固性系数越小,发生突出时所需煤层的瓦斯含量越小;在地应力一定的情况下,进尺越大突出时临界瓦斯含量越小;煤层的厚度对突出时的临界瓦斯含量的影响不明显。     

断层倾角对逆断层活化规律影响的模拟分析

以杨村煤矿10605工作面F5逆断层为研究对象,采用三维有限差分数值软件FLAC~(3D)模拟研究了断层倾角对逆断层活化的影响,揭示了断层倾角对逆断层活化影响的规律。结果表明,当开采逆断层下盘煤层时,断层倾角越小,断层带上的应力就越大;断层倾角越小,断层带两盘相对滑移量越大;断层带受采动影响显现出的孔隙压力范围及破坏程度随断层倾角的增大而减小。小倾角逆断层容易活化,诱发断层突水危险性大,所需留设的防水煤柱的宽度越大。     

断层倾角对逆断层活化规律影响的模拟分析北大核心

以杨村煤矿10605工作面F5逆断层为研究对象,采用三维有限差分数值软件FLAC^(3D)模拟研究了断层倾角对逆断层活化的影响,揭示了断层倾角对逆断层活化影响的规律。结果表明,当开采逆断层下盘煤层时,断层倾角越小,断层带上的应力就越大;断层倾角越小,断层带两盘相对滑移量越大;断层带受采动影响显现出的孔隙压力范围及破坏程度随断层倾角的增大而减小。小倾角逆断层容易活化,诱发断层突水危险性大,所需留设的防水煤柱的宽度越大。     

相邻平行巷道间岩柱宽度与巷道稳定性关系研究

为了分析巷道间岩柱的稳定性,对两巷间岩柱进行了弹塑性理论分析、FLAC3D数值模拟,探讨了两相邻平行巷道间岩柱宽度对巷道稳定的影响。研究结果表明:埋深和岩层性质相同的相邻平行巷道,随着岩柱宽度的增加,岩柱垂直应力曲线由单峰不稳定变为双峰稳定;巷道埋深越大,巷道所处岩层越软,两相邻平行巷道保持稳定所需的岩柱宽度越大。     

大断面石门揭煤煤与瓦斯突出危险性预测

针对公路隧道等大断面石门揭煤条件下,煤与瓦斯突出危险性预测准确性的问题,基于煤与瓦斯突出的能量学说,分析了在相同的地质、瓦斯赋存条件下,不同断面面积的石门揭煤发生煤与瓦斯突出的危险性,以及发生突出的特点。对此,提出了一套大断面石门揭煤条件下煤与瓦斯突出预测的方法,并利用该方法对梅花箐隧道所需穿越的煤层进行了准确预测。     

铁路下巷道布置对铁路运行的影响分析

为了合理开采煤炭资源、减少资源损失，山阳煤矿开拓设计中，将3条大巷布置在西韩铁路保护煤柱内。根据山阳井田范围内西韩铁路下地质赋存条件，分析确定了铁路的受护范围、维护带的宽度和矿区移动角等参数。为了研究巷道掘进时对周围岩层的扰动，解决实际巷道掘进过程中对铁路安全运行可能出现的安全隐患，采用垂直剖面法对铁路保护煤柱进行设计，并应用FLAC^3D数值模拟软件建立巷道数值计算模型，对巷道布置在铁路下保护煤柱内的安全性进行验证。结果证明，巷道布置在铁路下保护煤柱内是安全和合理的，既保证了地下煤炭资源的采出，又不影响铁路安全运行。     

巷道过地面煤层气井压裂区域灾害防治技术

地面煤层气井实现了煤层瓦斯的预抽，从而降低了煤层瓦斯含量，对矿井安全生产起到了积极意义。但同时在井下巷道掘进过程中，地面煤层气井又带来了一定的安全隐患。以某矿煤巷掘进为工程实例，对巷道通过地面煤层气井压裂区域时的灾害防治技术进行了探讨，并形成一套灾害综合防治技术体系。该研究不仅确保了巷道的安全顺利掘进，同时也可为其他类似情况提供借鉴。     

近距离下位煤层回采巷道合理布置

为了得到近距离下位煤层回采巷道合理步距,理论分析了己15煤层回采过程中采场支承压力与底板损伤特征;数值模拟了己15煤层底板应力时空演化规律、下位煤层巷道合理位置以及巷道应力与位移分布特征。研究得出,理论计算得到己15煤层回采后底板被动应力区域边界长度为106 m,揭示了己15-31040工作面、己15-31020工作面、己15-23160工作面依次开采时煤柱下方底板应力峰值由6338 MPa减小至5463 MPa、然后无明显变化的特征;结合底板被动应力区域边界长度、煤层与顶底板摩擦系数、煤柱压力影响角、煤炭资源回收率、安全掘进等因素,巷道采用外错上位煤柱25 m的布置方式,该布置方式下巷道处于低应力环境的特性,且可为巷道围岩控制提供一定的参考依据。     

倾角变化对回采工作面区段煤柱应力分布的影响

依据平煤集团十三矿二 1 煤层的具体条件,分别对煤层埋深300,500,800 m和倾角0,25°,30°情况下运输巷下帮侧向压力分布规律和不同宽度区段煤柱受力情况进行了数值分析,并对该矿12020采煤工作面下巷实体煤侧的应力、围岩变形及锚杆受力的情况进行了现场监测。结果表明：随煤层倾角增大下区段运输巷与上区段回风巷两侧应力呈非对称分布,采场顶板应力分布也是高度不均匀、不对称的,侧向水平应力峰值随煤层倾角增大而增大,且工作面后方增加幅度大于工作面前方;峰值位置随煤层倾角增大而逐渐靠近煤壁。煤层倾角加大时,应力明显偏向下区段运输巷,使得下区段运输巷顶部出现明显应力集中,并且随着煤层倾角的增大,应力集中程度更加显著。     

基于水力压裂增透的多煤层瓦斯隧道快速揭煤防突技术研究

为实现瓦斯隧道安全快速有效地揭煤,以正习高速公路天城坝隧道揭煤工程为背景,分析了水力压裂大范围增加煤层透气性原理与增透效果影响因素,基于水力压裂增透技术建立了多煤层瓦斯隧道揭煤防突技术体系,探讨了以超前探测、初探、精探、区域瓦斯防突及检验、工作面防突及检验、验证揭煤等为核心的揭煤防突流程,优化了瓦斯隧道水力压裂防突技术...     

锚杆支护煤巷矿压显现规律

通过对唐山矿区9煤层T2291工作面溜子道实施锚杆支护时,进行全煤巷道的矿压观测,说明了同煤岩层内不同部位处巷道应力的差异和相同巷道应力条件下不同煤岩强度处围岩变形的差异;通过分析,得出9煤层锚杆支护巷道的围岩变形、锚杆受力等情况和矿压显现规律,提出锚杆支护巷道在进行设计及施工方面的指导性意见。     

峻德煤矿倾斜煤层开采沿空侧巷道诱冲机理研究

针对峻德煤矿倾斜煤层开采期间沿空侧巷道冲击地压频发的问题,采用现场调研、微震监测、物理相似模拟和数值模拟相结合的方法开展了研究,结果表明:倾斜煤层工作面开采期间靠近沿空侧巷道的覆岩关键层更容易破断产生剧烈动载扰动;随着煤层倾角减小,沿空侧巷道煤柱帮应力集中程度减小,实体煤帮应力集中程度增大,应力集中由煤柱帮内向实体煤帮内转移;在动静载叠加作用下导致巷道两帮煤体失稳破坏诱发冲击地压,且不同倾角煤层冲击启动区域不同。研究结果对倾斜煤层工作面后续回采阶段卸压防冲工作具有一定的指导作用。     

大断面石门揭煤突出预测技术研究——以华蓥山隧道为例

相较于煤矿领域的井工开采,隧道具有断面大的特点,其开挖后扰动范围也较大。对于穿越近距离突出煤层群的隧道,研究其合理预测距离和安全保障距离,能够确保预测指标准确可靠,防止相邻煤层受开挖扰动诱发突出等灾害。以渝广高速华蓥山隧道为工程实例,采用理论分析结合数值模拟的方法对隧道开挖过程中的围岩应力分布和变化规律进行了研究,确定突出预测距离和安全保障距离取值均为14 m。根据研究成果建立了预测技术体系,并成功应用于现场实践。